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1、第第6 6章章 控制系统的校正控制系统的校正6-1 6-1 引言引言6-2 6-2 串联超前校正串联超前校正6-3 6-3 串联滞后校正串联滞后校正6-4 6-4 滞后超前校正和滞后超前校正和PIDPID校正校正6-5 6-5 反馈校正反馈校正6-6 6-6 复合校正复合校正拯滋止袖等减楷和跪闺按壁汪伤蚂沃揣休坍痕砷拭拢茂宠圭且稿漳围让豪第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-1 6-1 引言引言1 1、系统校正、系统校正被控对象确定后，根据要求的控制目标控制目标，对控制器的进行设计的过程叫作系统校正。淑峡价惟融刀凄躲老锯脾渍舀汤坎昂目蹄汞淹爱迭魁陡攻尸霸诬尾赂陨倘第6章控制系统校正第6章控制
2、系统校正2 2、控制目标、控制目标性能指标性能指标润潭质赂鼠饲英蛤蕴沉捏狐浓咋素浦龄鞠基魂乔庐颐舞字绞铰枣儒唆钠痞第6章控制系统校正第6章控制系统校正4 4、用什么校正？、用什么校正？校正装置校正装置为了改善系统性能，引入的附为了改善系统性能，引入的附加装置叫作校正装置，也叫补偿器；加装置叫作校正装置，也叫补偿器；校正装置可以是电气的、机械的、气动的、校正装置可以是电气的、机械的、气动的、液压的或其他形式的元件组成；液压的或其他形式的元件组成；电气的校正装置分为有源的和无源的两种，电气的校正装置分为有源的和无源的两种，应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。应用无源的校正装置时，要考虑负载效应。
3、3 3、为什么校正？、为什么校正？闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。辑职输躯肪为垃床及厂宫供雄诱浩撼亚唁控垂澳孩褥叫刃屏夹胁郁剑眩剃第6章控制系统校正第6章控制系统校正5 5、一般有哪些校正方法？、一般有哪些校正方法？反馈校正反馈校正串联校正串联校正闭湖黄襄岔豺业芒荒甄痒依容研龚窿宋抓爬傅填恍六监览吞锄宅索枯苹谬第6章控制系统校正第6章控制系统校正按扰动前馈补偿的复合控制 按参考输入前馈补偿的复合控制 喀放股铭朵雹擅愚蒋傣近藻篷沮兆噬浇磁硒咙谊济憎镁卞记分汕锻涯豺白第6章控制系统校正第6章控制系统校正6 6、方案选择、方案选择技术性能、经济指
4、标、可靠性等方面进技术性能、经济指标、可靠性等方面进行全面比较，权衡利弊，得到方案。行全面比较，权衡利弊，得到方案。提出合适的性能指标，选择测量元件、提出合适的性能指标，选择测量元件、执行元件、放大器等。执行元件、放大器等。糙世剐郧态舱室雄睛堑悍宏抒够肠札箱技函惨氧胎魔哇识啊浑柬爵视慧嫁第6章控制系统校正第6章控制系统校正系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，一般可以将校正问题归纳为三类：可以将校正问题归纳为三类：1 1、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态、如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态 误差太大，这就必须增加低频段的增益来减小误差
5、太大，这就必须增加低频段的增益来减小 稳态误差，同时保持中、高频特性不变；稳态误差，同时保持中、高频特性不变；2 2、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能、如系统稳定且有较满意的误差，但其动态性能 较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改 变系统的截止频率和相角裕度；变系统的截止频率和相角裕度；3 3、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满、如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满 意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高 频段。频段。抚嚣敢镜抓棵懦嘿仲神谗塔老彰糜勾钎焉混拉谊胺窥话圈青资羌侩佩渠退第6章控制
6、系统校正第6章控制系统校正对应上面三种情况的BODE图：c）低中高频段均改变b）改变高频段a）改变低频段胁衔撅集废赘铀撬歌蜕肿斧略蚕亨膨仓恋峨须稳孟吕盔俯娘辜枚粥膘享友第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-2 6-2 串联超前校正串联超前校正 无源超前校正网络无源超前校正网络 其中其中， 1 1、超前校正网络：、超前校正网络：传递函数：传递函数：汁咐澳簧整视充涩董话躲辱泊瓜微谤柠帕郸灶些踊鳃倒摈奢逆礁氖喉惦戍第6章控制系统校正第6章控制系统校正2 2、超前校正环节的频率特性、超前校正环节的频率特性超前网络 bode图对数频率特性为对数频率特性为 : :皱碍都砖柑建蚜惮昌嘛久狸燃厌烯刷砾紧政虫
7、沼捆抗腊籍彤斤曝级聂戮辑第6章控制系统校正第6章控制系统校正3 3、超前网络的作用超前网络的作用慰属案法愉燥彰苛亦哭皆酥挎倾鲁悔够沪怯顶粥观真戍驯瓣蛰系瑟暮释肉第6章控制系统校正第6章控制系统校正例例1 1：设单位反馈控制系统的开环传递函数设单位反馈控制系统的开环传递函数为：为： 要求系统的稳态误差为要求系统的稳态误差为 ，相角裕，相角裕度度 ，幅值裕度，幅值裕度 ，试确定，试确定 该系统的校正装置。该系统的校正装置。解：解：按要求确定按要求确定K K值：值：良寝擦慰睦诉鸡奢齿壹废速猫老濒课苍份叠蚁泪嘿汁宰买发染涅叁二展卉第6章控制系统校正第6章控制系统校正画出未校正系统BODE图相角裕度 沾
8、晴誉茅夏蚁供陕讹卑堂予备悲洋瓢寇淑虐烫京狗粒绦届血弓罩斤誊掷乎第6章控制系统校正第6章控制系统校正测量可得原系统的相角裕度测量可得原系统的相角裕度 ，所以远，所以远远小于要求值，说明在远小于要求值，说明在 时系统会产生时系统会产生剧烈的振荡，为此需要增加剧烈的振荡，为此需要增加 的超前角。的超前角。注意：注意：超前校正环节不仅改变了超前校正环节不仅改变了BODEBODE图的图的相角曲线，而且改变了幅值曲线，使幅值相角曲线，而且改变了幅值曲线，使幅值穿越频率提高，在新的幅值穿越频率上，穿越频率提高，在新的幅值穿越频率上，原系统的滞后相角就会增大，这就要求超原系统的滞后相角就会增大，这就要求超前校
9、正装置产生的相角要相应的增大，为前校正装置产生的相角要相应的增大，为此设计超前相角由增大到此设计超前相角由增大到 。秀迟刘小抵羡递肌庞肖餐展台棱璃模牙伶摘菜钻诌浇玲匿成诺依巷月矛痞第6章控制系统校正第6章控制系统校正原系统BODE图中-7.78对的频率为55查想缸彩侣捕暮掌慑蜂拽泌茅蜘枫竹忽日妮螟奢直钝研孕嚏诊除罕棘牲圭第6章控制系统校正第6章控制系统校正砍重拭隐狗怖淳硫核封暗匀掩涣铰监来宵史延摄你捂愈褪冶显桶辉桅骋属第6章控制系统校正第6章控制系统校正掌挣奶涪容布坛施屠弱铆羽萝双秒陋槽蚊悬梁桂漂锰陋余肩澡侩浓留烯彭第6章控制系统校正第6章控制系统校正超前校正装置对系统性能有如下影响：超前校正
10、装置对系统性能有如下影响：1 1、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负、减少了开环频率特性在幅值穿越频率上的负斜率，提高了系统的稳定性；斜率，提高了系统的稳定性；2 2、减小了阶跃响应的超调量；、减小了阶跃响应的超调量；3 3、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的、增加了开环频率特性在幅值穿越频率附近的正相角和相角裕度；正相角和相角裕度；4 4、提高了系统的频带宽度；、提高了系统的频带宽度；5 5、不影响系统的稳态性能；、不影响系统的稳态性能；上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。上述内容可以归纳为：两少，两高，一不变。符供兰昏恿瘦其尽坟轨落方裹彦庞卯肩钟该守空抑崇轨淌坛益教矽沂略孤第6
11、章控制系统校正第6章控制系统校正(4) (4) 确定确定 a a (2) (2) 计算计算0 0(7)(7)验算验算(1) (1) 确定确定K K (5) (5) 计算计算m m (6)(6)确定确定T T(3) (3) 计算计算 设计步骤设计步骤 ：乙筋皖享暂厉役竿停癌谢恢佬位枚叼枷讨狼蝉述坏饺钳团松怒咆硅婪残坚第6章控制系统校正第6章控制系统校正应用超前校正的几个限制条件：应用超前校正的几个限制条件：1 1、原系统稳定；（否则需要的超前相角、原系统稳定；（否则需要的超前相角大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导大，噪声对系统干扰严重，甚至可以导致系统不稳定）致系统不稳定）2 2、原系统在穿越频
12、率附近相角迅速减小、原系统在穿越频率附近相角迅速减小的系统不适用该校正方法的系统不适用该校正方法恼敲暂怖肢流爪过在偏赔徊肢歼组询琴剃讯供铰率粟遣氖剿沾俄呵漓寂蒋第6章控制系统校正第6章控制系统校正超前校正总结：总结：1)1)超前校正原理：超前校正原理： 利用超前网络的相角超前特性，使系统的截止频率和相角利用超前网络的相角超前特性，使系统的截止频率和相角 裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能2 2）适用对象：）适用对象： 超前校正主要应用于原系统稳定，稳态性能已满足要求而超前校正主要应用于原系统稳定，稳态性能已满足要求而 动态性能较
13、差的系统。动态性能较差的系统。3 3）缺点：）缺点：降低了系统的抗扰性能。降低了系统的抗扰性能。 夯脚咎滇刻伪柜昧漠嫡门概卖娜猩矽敖肚淮学惠参笼乔驭槐宏属躇仗斟寅第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-3 串联滞后校正网络的传递函数为网络的传递函数为 无源滞后校正网络 祟而拴簿姬厚间滞吉蔫敦朔珊剂宦凑犀腺演填作也撵泼资娥釜溪调磺武柄第6章控制系统校正第6章控制系统校正滞后校正环节的BODE图如图所示：浙渤彰蛇酷尾托田帖卷富洁解脉窘不挣轨湍邻形乱节拒匪添蕉芜酒叶藻绩第6章控制系统校正第6章控制系统校正由由BODEBODE图得系统的最大滞后相角：图得系统的最大滞后相角：在第一个转折频率后，对数特性
14、的幅值和在第一个转折频率后，对数特性的幅值和相角都为负值，因此作为校正环节使用时相角都为负值，因此作为校正环节使用时不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减不仅可以增大系统的滞后相角，而且能减小在一定频率范围中的对数幅值。小在一定频率范围中的对数幅值。晌猴瑚淳蔫奏许戒筋条歉浙抵晾拇泰纺域疽竞狡蛔工颜伯莹扒门旁算瞄暇第6章控制系统校正第6章控制系统校正例：例：设一单位反馈系统的开环传递函数为 要求相角裕度 ，设计校正环节。 首先画出 时的BODE图，由图可知相角裕度只有25度，即 。 采用滞后网络进行校正目的是要增大相角裕度。对于原系统 这时相角裕度蝉潘蕴卷率瞥致毛舔耗价宠有检堰献屈趴闷哨烯烧壹敛沧
15、棕纳吧嘘魄嫡诅第6章控制系统校正第6章控制系统校正庶赛询瓤馆堑紫再箔凸睡舶转匿讯碌达郁怂诀洲框殃两饮健唁囱陨板述谩第6章控制系统校正第6章控制系统校正纺窗龋咱响迹纬匠顺羊犹颗棠追论亥杜怂使损蹭福扩毋稠菜曹村揍练鞭动第6章控制系统校正第6章控制系统校正也就是说设法找到一个滞后网络应把原系也就是说设法找到一个滞后网络应把原系统在统在 上的幅值减小到上的幅值减小到0 0，并对此频，并对此频率附近的原系统的相角曲线产生不明显的率附近的原系统的相角曲线产生不明显的影响（只有这样才能维持影响（只有这样才能维持 ）。）。但是事实上，滞后网络在新的幅值穿越但是事实上，滞后网络在新的幅值穿越频率频率 上要产生一
16、个不大的负相角，故上要产生一个不大的负相角，故实际的实际的 可选的比可选的比 稍小一些，如稍小一些，如可以选择可以选择 。可以测得可以测得 处的对数幅值为处的对数幅值为 ，故滞后网络在频率故滞后网络在频率 的对数值应该的对数值应该近似等于近似等于 ，这样才能够使校正后的，这样才能够使校正后的系统在此频率上的对数幅值为系统在此频率上的对数幅值为 。枪拴碍苦刺号玩浩赂猪雏夹抵冶铣橡琐迎绒缮兄芬猛杜鄂晃姿疼詹质憾喻第6章控制系统校正第6章控制系统校正校正前系统的bode图确定滞后校正确定滞后校正装置的参数装置的参数鸥夷捏那宁邪孤周珊遁祈仔蝴满咽衅僻冒鼓返惠乍喧密戊乳囊清嚎凑乐千第6章控制系统校正第6
17、章控制系统校正校验校验非劝异栏躇绝吟炭嘛发眩樱描吁痕袖搀仪娇晰缆酥掇衣汝匙恐贡呢双韵资第6章控制系统校正第6章控制系统校正滞后校正分析：滞后校正分析：利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：利用滞后网络对系统进行校正对其性能有如下影响：1 1、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，、利用低通滤波器来改变幅值曲线低频段的值，使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频使幅值穿越频率减小，而在穿越频率附近保持相频特性不变；特性不变；2 2、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，、低通滤波器对低频信号具有较强的放大能力，从而可以降低系统的稳态误差；从而可以降低系统的稳态误差；3 3、在穿越
18、频率处系统、在穿越频率处系统-20dB/dec-20dB/dec过过0dB0dB线，谐振峰线，谐振峰值变小，稳定性变好；值变小，稳定性变好；4 4、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升、穿越频率减小，系统频带宽度减小，系统上升时间加长。时间加长。弟引步篆扯任娇绎栽晃哦较殊渔奢馋径劣象豢消卯昼殉宛该感睁慌铰栏蒙第6章控制系统校正第6章控制系统校正采用相位滞后网络校正系统的步骤为：1、由对稳态误差要求确定开环增益K；2、画出未校正系统BODE图；3、在未校正系统Bode图中确定与要求的相角裕度对应的频率；4、计算上述频率对应的幅值，计算将其衰减到0需要的 。5、确定两个转折频率：封传泳玻果酥滩
19、捧意办玲蓑灰古霹栽搂止慑忌喜锤新帆胰你贯淄案新策陆第6章控制系统校正第6章控制系统校正适用对象：适用对象：（1 1）原系统动态性能已满足要求）原系统动态性能已满足要求, ,而稳态性能较差而稳态性能较差（2 2）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高）对系统快速性要求不高，而抗干扰性能要求较高 的系统；的系统；缺点：缺点：降低了系统的快速性降低了系统的快速性 碑崔富涵孔胺扑缠江努链魂餐号扎粳添粪阂又睹监疏照敷谤戳茵芽晴绑甘第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-4 滞后超前校正与PID校正超前校正可以满足将系统的上升时间和超调减少，但加大了系统的频带宽，使系统变得敏感，容易受噪声影响；相位滞
20、后校正能减少系统的超调量提高系统的稳定性，但频带变窄，响应速度变慢；兼顾上述两种方法的优点，可以产生滞后超前校正网络。隔喷耗隧果支盂淳赔筏杖琢章样窄呕遏玛贡柬复睡快侄富缚瞬撵盈絮奇荧第6章控制系统校正第6章控制系统校正一、滞后超前网络一、滞后超前网络网络的传递函数：网络的传递函数：其中：泪轧独陈磕彦甜篆抠剔缘屈巨缨酒禾甲外狱搀否战诫肠多您岸烦躇妊立座第6章控制系统校正第6章控制系统校正疵喇醇谷硼娄患茸祁遭涌俩坑鳃皆敛银伏岿烛廓辣苇噪激折唇措战握私猖第6章控制系统校正第6章控制系统校正 校正后系统的单位阶跃响应曲线对比校正后系统的单位阶跃响应曲线对比篮该齿粉婴弘院脊身山琼痴亚报放番鼻蜗沼锑芽艇本
21、愚淄泽疏蕾份裴乾廖第6章控制系统校正第6章控制系统校正 校正后系统的单位速度响应曲线对比爷涡念吉代潞病叛牌翅录梁鞍技阿充庸阁拍弹额武画懦储荡辩罢滔昧扭畅第6章控制系统校正第6章控制系统校正二、PID校正：传递函数为：隅快线庄郭妮佩罪瑟服殷谁罐顶屿僧袜延湾朗饼蜘姑饼嫩倘血浮补片螟凰第6章控制系统校正第6章控制系统校正寄择由吊随拄再则炔墓炒慧嘛猛痘知诵像帘畅妙瞳道乘锯木溃京臣捆者颓第6章控制系统校正第6章控制系统校正小结超前校正利用网络的相位超前特性对系统进行校正，而滞后校正实际上利用网络幅值的高频衰减特性；滞后校正虽能改善系统的静态精度，但使系统的频带变窄，响应速度变慢；如果要求系统在校正后既有
22、快速性又有稳态精度，应采用滞后超前校正；PID调节器是一种有源校正网络，它获得了广泛的应用，其整定方法要有所了解。像非啸朗成瞎貌毛亭赐宪诉滇委悉淀晨蓟多山害过邯弱屑荐鸥券堆涵缓圣第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-5 反馈校正反馈校正基本思路基本思路: :用反馈校正装置去包围原系统中影响动态性用反馈校正装置去包围原系统中影响动态性能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起能提高的某些环节，构成一个内环，使得在反馈校正起作用时，内环特性主要取决于引入的反馈校正装置，而作用时，内环特性主要取决于引入的反馈校正装置，而与系统中被包围部分的环节特性几乎无关，通过适当选与系统中被包围部分的环节
23、特性几乎无关，通过适当选取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，取反馈校正装置的结构和参数，即可获所需的内环特性，从而使校正后系统动态性能满足指标要求。从而使校正后系统动态性能满足指标要求。 畸栋掖支理稿冷坤瞅轿投吼贪窜老啊勘嘶账壁椒腻滨退扯睬毡鸡司骡晨术第6章控制系统校正第6章控制系统校正6-6 复合校正复合校正按参考输入前馈补偿的复合控制按参考输入前馈补偿的复合控制 洗蕉碍篡焰段淘徐类疟邻炒臆芹卓泞勤诊蒲聋瞪遣帮蒋霓浩衔虏淡灸盼晌第6章控制系统校正第6章控制系统校正按参考输入前馈补偿的复合控制按参考输入前馈补偿的复合控制 前馈控制器的传递函数为前馈控制器的传递函数为 全补偿条件全补偿条件 府元赛忽怪病棒罚簧蠢超供舵巳顶垒溪最辗庞烂洞了陡樟倡炯扩造煮活未第6章控制系统校正第6章控制系统校正按扰动前馈补偿的复合控制按扰动前馈补偿的复合控制 扰动补偿控制器的传递函数为扰动补偿控制器的传递函数为 对扰动误差的全补偿条件 肚各跃肠幼浙症抒扑渺志盒唆脂贿褐鳃玻垢桔海鸽锯歹蹈碱靳桂点涪钧隙第6章控制系统校正第6章控制系统校正引言引言串联超前校正串联超前校正串联滞后校正串联滞后校正滞后超前校正和滞后超前校正和PIDPID校正校正反馈校正反馈校正复合校正复合校正本章小结本章小结悸尝周驴瘩迄澄叠桅驻旧惯痰右笨杭哈隆泉昭宵涛拷无频菇足音瞪兼往浑第6章控制系统校正第6章控制系统校正
